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가상환경을 이용한 범죄관련 암묵적 기억의 뇌지문 찾기
Reports NRF is supported by Research Projects( 가상환경을 이용한 범죄관련 암묵적 기억의 뇌지문 찾기 | 2015 Year 신청요강 다운로드 PDF다운로드 | 김현택(고려대학교) ) data is submitted to the NRF Project Results
Researcher who has been awarded a research grant by Humanities and Social Studies Support Program of NRF has to submit an end product within 6 months(* depend on the form of business)
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  • Researchers have entered the information directly to the NRF of Korea research support system
Project Number 2015S1A5A2A01009211
Year(selected) 2015 Year
the present condition of Project 종료
State of proposition 재단승인
Completion Date 2017년 10월 12일
Year type 결과보고
Year(final report) 2017년
Research Summary
  • Korean
  • 진술의 진위여부를 가리기 위한 방법 중, 전통적으로는 폴리그래프가 많이 사용되고 있으며, 근래에는 뇌파를 이용한 거짓말 탐지가 시도되고 있다. 이 방법은 자극을 제시한 후 두정엽에서 약 300~500ms 이후에 나타나는 P300이라는 ERP성분을 주로 이용한다. 폴리그래프와 P300기반 뇌파검사는 정확도는 높지만, 결과를 의도적으로 망칠 수 있는 대응방안(countermeasure)에 취약하다는 한계가 있다. 이에 대한 대안으로는 암묵적 연합(Implicit Association)을 활용한 검사방법이 유망하다. 대표적인 암묵적 측정 방법으로 사용되는 것은 자전적 암묵연합검사(aIAT, autobiographical Implicit Association Test)이다. 지금까지 시도된 aIAT는 피검사자의 반응속도, 즉 행동반응을 분석하였으나 피검사자가 임의로 반응속도를 낮추는 방식으로 결과를 왜곡시킬 수 있다는 단점이 있다. 따라서 이러한 왜곡을 방지하기 위해 뇌파를 측정하는 aIAT 방법을 사용하여 진술의 진위를 구분해 보고자 하였다.
    또한 본 연구진은 그림 자극을 이용한 새로운 암묵적 측정 방법을 개발하고자 하였다. 피검사자의 사전 경험이 물체에 대한 지각에 영향을 미친다는 가정 하에, 노이즈가 포함된 그림 자극을 제시하는 사진재인검사를 개발하고 모의범죄 후 사물의 재인 여부를 확인하였다. 예를 들어, 유죄미션을 수행하며 절도 사물을 본 피검사자는 노이즈가 포함된 그림 자극을 보았을 때 무죄수행자에 비해 그림을 빨리 알아차리며 다른 형태의 뇌파가 나타날 것이다.
    추가적으로, 현 거짓말 탐지 및 범죄심리 연구를 위하여 사용되는 '모의범죄' 실험구성의 한계를 극복하기 위한 방안으로 '가상현실 모의범죄'를 제작하고 '실제 모의범죄'와 거짓말 탐지를 비교하였다. 대다수의 거짓말 탐지 연구는 윤리적, 비용적인 문제로 인하여 '모의 절도'를 지시한 후 거짓말 탐지를 실시하는 경우가 일반적이다. 본 연구진은 '실제 모의범죄'가 이루어진 장소를 촬영하고 3D로 재구성하여 가상현실 공간을 재창조하여, 가상현실이 모의범죄에 활용될 수 있는지 여부를 알아보고자 하였다.
    1차년도에 본 연구진은 사전실험을 통해 뇌파용 aIAT검사와 사진재인검사를 개발하였다. 이후 피검사자에게 유죄미션 또는 무죄미션의 모의범죄를 시행시킨 후, 뇌파를 측정하며 각 검사가 거짓말을 잘 판별하는지 알아보았다. 그 결과, 버튼을 누르는 데 걸리는 시간인 반응 시간(reaction time)에서 집단 간 유의미한 차이가 나타났으며, D-score라는 개인별 판별 점수 결과 73.3%의 정답율로 집단을 구분하였다. 뇌파에서는 머리의 앞쪽인 전두엽 부위에서 자극 제시 후 600-800ms에 집단 간 다른 뇌파의 크기가 나타났고 통계적으로 유의미하였다. 뇌파는 80%의 정답율로 집단을 구분하였다.
    사진재인검사 또한 유죄미션과 관련된 사물(유죄사물)을 볼 때 유죄집단이 노이즈에도 불구하고 더 빠른 속도로 사물을 알아보았으며, 무죄집단과의 통계적 차이도 유의미하였다. 뇌파에서는 비교적 낮은 주파수 대역(Delta, Theta, Alpha)에서 유의미한 파워(Power) 차이가 있었으나, 개인별 진단을 정확히 내릴 정도는 아니었다.
    2차년도에는 모의범죄를 수행한 공간을 3D Camera를 사용하여 촬영하고 이를 3D 가상현실로 구현하여 모의범죄를 실시하였다(가상현실 모의범죄). 가장 널리 사용되는 P300을 이용한 범죄지식검사(GKT)를 사용하여 실제 모의범죄를 수행한 집단과 가상현실로 모의범죄를 수행한 집단을 비교하였다. 그 결과 가상현실로 모의범죄를 실시한 집단이 실제로 수행한 집단과 거의 같은 뇌파 파형을 나타냈으며, 개인별 유/무죄 판별에서도 거의 같은 확률을 보여주었다. 이는 P300기반 뇌파 거짓말 탐지 방법을 검사방법으로 사용할 때, 가상현실 모의범죄가 실제 모의범죄를 대체할 수 있음을 보여주는 것이다.
  • English
  • Among the methods for determining the authenticity of the statements, polygraphs are traditionally used, and lie detection using EEG has been attempted in recent years. This method mainly uses the ERP component called P300, which appears after about 300 to 500 ms in the parietal lobe after presenting the stimulus. The polygraph and P300-based EEG have a high accuracy but are vulnerable to a countermeasure that can intentionally ruin the results. As an alternative to this, an inspection method using an implicit association is promising. The representative implicit measurement method is the autobiographical Implicit Association Test (aIAT). But aIAT attempted so far has a disadvantage in that it can distort the result by analyzing the reaction rate of the testee. In order to prevent this distortion, we tried to classify the truth of the statement using the aIAT method to measure EEG.
    We also tried to develop a new implicit method using picture stimuli. Based on the assumption that the subject 's prior experience has an influence on the perception of the object, we developed a photographic test that presents the image stimulus with noises. And confirmed the object' s recognition after mock crime. For example, when a guilty mission is conducted and a guilty subject observes an object, a visual stimulus involving noise will notice the picture faster than the innocent subject, and another form of EEG will appear.
    In addition, 'virtual reality mock crime' was constructed to overcome limitations of mock crime experiment configuration for current lie detection research, and 'actual mock crime' was compared. Because of ethical and cost issues, Most of the studies on lie detection are common to conduct the test after 'mock theft'. Our researchers tried to find out whether virtual reality can be used for mock crime by recreating the virtual reality space by taking the place where 'actual mock crime' was made and reconstructing it in virtual reality.
    In the first year, we developed the aIAT using EEG and the photo-recognition test through preliminary experiments. In main experiment, subjects conducted the guilty mission or the innocence mission, and we examined whether each test with EEG correctly discriminated groups. As a result, there was a significant difference between the groups in the reaction time, which is the time required to press the button, and the D-score was 73.3% accuracy to distinguish groups. In the EEG, ERP amplitude differecen between guilty and innocent from 600 and 800 ms after presentation of stimuli in the anterior frontal area of the head was statistically significant. EEG distinguish the groups 80% accuracy.
    In the photo-recognition test, when the guilt-related objects (guilty objects) were viewed, the guilty group recognized the objects at a faster rate than the innocent group. In spite of the noises, statistical differences between the groups were significant. There were also a significant power differences in EEG in relative low frequency bands (Delta, Theta, Alpha), but it was not enough to make individual diagnosis correctly.
    In the second year, 3D camera was used to shoot the mock crime scene and imitated as 3D virtual reality (Virtual reality mock crime). Using the most widely used P300 - Guilty Knowledge Test (GKT), the GKT test results by subjects conducted ‘actual’ mock crime were compared with the results by ‘virtual’ mock crime subjects. As a result, the group conducted mock crime with a virtual reality showed almost the same EEG waveform patterns as the actual mock crime group. And it was revealed almost the same probability in individual discrimination. This shows that virtual reality mock crime can replace actual mock crime when P300 based GKT is used as a test method to lie detection.
Research result report
  • Abstract
  • 진술의 진위여부를 가리기 위한 방법 중, 전통적으로는 폴리그래프가 많이 사용되고 있으며, 근래에는 뇌파를 이용한 거짓말 탐지가 시도되고 있다. 이 방법은 자극을 제시한 후 두정엽에서 약 300~500ms 이후에 나타나는 P300이라는 ERP성분을 주로 이용한다. 폴리그래프와 P300기반 뇌파검사는 정확도는 높지만, 결과를 의도적으로 망칠 수 있는 대응방안(countermeasure)에 취약하다는 한계가 있다. 이에 대한 대안으로는 암묵적 연합(Implicit Association)을 활용한 검사방법이 유망하다. 대표적인 암묵적 측정 방법으로 사용되는 것은 자전적 암묵연합검사(aIAT, autobiographical Implicit Association Test)이다. 지금까지 시도된 aIAT는 피검사자의 반응속도, 즉 행동반응을 분석하였으나 피검사자가 임의로 반응속도를 낮추는 방식으로 결과를 왜곡시킬 수 있다는 단점이 있다. 따라서 이러한 왜곡을 방지하기 위해 뇌파를 측정하는 aIAT 방법을 사용하여 진술의 진위를 구분해 보고자 하였다.
    또한 본 연구진은 그림 자극을 이용한 새로운 암묵적 측정 방법을 개발하고자 하였다. 피검사자의 사전 경험이 물체에 대한 지각에 영향을 미친다는 가정 하에, 노이즈가 포함된 그림 자극을 제시하는 사진재인검사를 개발하고 모의범죄 후 사물의 재인 여부를 확인하였다. 예를 들어, 유죄미션을 수행하며 절도 사물을 본 피검사자는 노이즈가 포함된 그림 자극을 보았을 때 무죄수행자에 비해 그림을 빨리 알아차리며 다른 형태의 뇌파가 나타날 것이다.
    추가적으로, 현 거짓말 탐지 및 범죄심리 연구를 위하여 사용되는 '모의범죄' 실험구성의 한계를 극복하기 위한 방안으로 '가상현실 모의범죄'를 제작하고 '실제 모의범죄'와 거짓말 탐지를 비교하였다. 대다수의 거짓말 탐지 연구는 윤리적, 비용적인 문제로 인하여 '모의 절도'를 지시한 후 거짓말 탐지를 실시하는 경우가 일반적이다. 본 연구진은 '실제 모의범죄'가 이루어진 장소를 촬영하고 3D로 재구성하여 가상현실 공간을 재창조하여, 가상현실이 모의범죄에 활용될 수 있는지 여부를 알아보고자 하였다.
    1차년도에 본 연구진은 당초 계획했던 암묵기억과제(뇌파용 aIAT, 사진재인검사)를 개발하는 것에 초점을 맞추었다. aIAT는 원래 한 문장이 한꺼번에 제시되는 방법이나, 뇌파에 적합하도록 문장을 단어별로 끊어서 화면에 제시하도록 수정하였으며 사전실험을 통해 제시되는 자극의 종류, 시간 등을 정교화하였다. 사진재인검사 역시 사전실험을 통하여 노이즈의 수준을 정하였으며, 평균적인 지각 역치(threshold)를 구하였다. 이는 뇌파 측정을 위해 자극이 반복적으로 제시되므로, 무죄 피검사자는 노이즈 안의 사물을 알아보지 못하는 정도의 노이즈 수준이 필요하였기 때문이다.
    이후 주 연구에서는 현금을 절도하는 모의범죄를 수행시키고, 제작한 암묵기억과제를 통해 유죄집단과 무죄집단을 잘 가려내는지 검증하였다. 무죄집단은 현금절도와 상관없는 책 심부름의 미션을 지시받았다. 검사 결과, aIAT에서 행동 반응만을 사용할 경우 73.3%의 정답률을 보였으며, 뇌파데이터를 사용할 경우 80%의 정답률을 보였다. 뇌파에서는 전두엽 부위에서 자극 제시 후 600-800ms 부근 집단 간 유의한 차이가 나타났다.
    사진재인검사 또한 유죄집단과 무죄집단 사이에 자극을 알아보는 속도에 유의미한 차이가 있었으며, 절도와 관련된 사물을 볼 때 비교적 낮은 주파수 대역(Delta, Theta, Alpha)에서 집단 간 유의미한 파워(Frequency Power)의 차이가 나타났다. 그러나 개개인별 진단을 정확히 내릴 정도의 큰 검정력(statistical power)를 보여주지는 못하였다.
    2차년도에는 MatterPort 3D Camera라는 장비를 활용하여 모의범죄가 수행된 공간을 촬영하고, 3D 가상현실로 구현하여 모의범죄를 실시하였다(가상현실 모의범죄). 보다 확실한 비교를 위하여 기존의 P300을 이용한 범죄지식검사(GKT, Guilty Knowledge Test)를 채택하고, 실제로 모의범죄를 수행한 집단과 가상현실로 모의범죄를 수행한 집단을 비교하였다. 그 결과 가상현실로 모의범죄를 실시한 집단이 실제로 수행한 집단과 거의 같은 ERP파형을 나타냈으며, 부트스트랩(Bootstrapping)을 활용한 개인별 유/무죄 판별에서도 거의 같은 확률을 보여주었다. 이는 P300기반 뇌파 거짓말 탐지 방법을 검사방법으로 사용할 때, 가상현실 모의범죄가 실제 모의범죄를 대체할 수 있음을 보여주는 것이다.
  • Research result and Utilization method
  • 1차년도는 뇌파용 자전적 암묵연합검사(aIAT)와 사진재인검사를 제작하고 유죄집단과 무죄집단을 잘 가려내는지 확인하였다. 우선, aIAT에서 개인 판별을 위해 사용되는 D-score 점수를 계산한 결과 73.3%의 정답률로 집단을 구분하였다. D-score는 피검사자가 aIAT 수행 중 버튼을 누르는 반응 시간(reaction time)으로 점수를 계산한다. 0점보다 높은 점수가 나타날 경우 유죄로 판정되며, 0점보다 낮을 경우 무죄로 판정된다. 실제 무죄집단과 유죄집단의 반응시간 차이는 유의미하였으나 그에 비하여 판별율은 다소 낮게 나타났는데, 이는 무죄집단의 상당 수가 D-score가 0~0.2정도의 소폭의 양수값을 나타냈기 때문이다. 유죄집단은 평균 0.8에 가까운 D-score를 보였다. D-score가 -1점에서 +1점까지의 점수값을 가진다는 점을 고려해 볼 때, 차후 실험 구성을 변경할 경우 더 높은 판별율을 보일 가능성이 확인되었다.
    aIAT를 실시하며 측정한 뇌파는 사건관련전위(ERP) 분석을 실시하였으며, 자극 제시 후 600-700ms 사이 전두엽 영역에서 집단 간 유의미한 차이가 나타났다. 이에 기반하여 개인별 분석을 실시하였을 때는 80%의 정확도로 유죄집단과 무죄집단을 구분하였다.
    제작한 사진재인검사의 경우 모의범죄 수행을 하며 목격한 사물에 대해, 유죄집단은 평균 1911ms만에 알아보았으며, 무죄집단은 2585ms가 소요되어, 집단 간 유의미한 차이를 나타냈다. 이는 유죄집단이 노이즈에 가려져 사물 인식이 어려운 조건에서도 더 빠르게 유죄사물에 대한 인식을 했다는 것을 뜻한다. 이 때 뇌파데이터는 시간에 따른 주파수 파워 분석을 실시하였으며(Time-Frequency Analysis), 유죄사물을 볼 때 유죄집단은 비교적 저주파수 대역(Delta, Theta, Alpha)에서 파워의 증가가 관찰되었으나, 무죄집단은 파워의 감소가 관찰되었다. 그러나 종합적으로 사진재인검사는 개개인별 진단을 정확히 내릴 정도의 큰 검정력을 보여주지는 못하였다.
    본 연구진은 1차년도에 새로운 암묵적 거짓말 탐지 방법을 개발하고자 하였다. 그 결과 뇌파를 활용한 aIAT는 상당히 높은 유무죄 판별률을 보였으며, 뇌파를 사용할 경우 더 높은 판별률을 보였다. 또한 관찰된 반응 시간(reaction time)과 전두엽 뇌파의 진폭 크기 차이를 고려해보면, 실험의 세부사항을 개선하여 더 높은 정확도를 보일 가능성이 높다고 생각된다. 이는 차후 범죄지식검사(GKT)가 피검사자의 대응방법(countermeasure)에 의해 판별이 어려울 경우, 대안 방법으로 사용될 수 있을 것으로 기대된다. 사진재인검사는 반응시간, 낮은 주파수 대역의 파워에서 집단 간 유의미한 차이가 나타났으나 개인별 진단을 내릴 정도의 높은 검정력을 보여주지는 못하였다.
    2차년도에는 실제 모의범죄를 수행한 장소를 MatterPort 3D Camera라는 장비를 사용하여 촬영 후, 촬영된 공간을 3D로 재구성하고 Unity5 게임 엔진을 사용하여, 실제 장소와 똑같은 구조의 가상환경을 제작하였다. 또한 제작된 가상환경은 Oculus DK2 HMD(Head mount display)를 착용시킨 후 제시하여, 높은 수준의 몰입감을 경험하도록 하였다. HMD는 안구 양쪽에 다른 상을 제시하여 입체감을 만들어주는 장비이다. 각 참가자는 '실제' 모의범죄 또는 '가상현실' 모의범죄를 수행하였으며, 각 모의범죄 내에서도 유죄미션 또는 무죄미션을 수행하였다. 이후 뇌파 측정을 하며 P300기반 범죄지식검사(GKT)를 실시하였다. 1차년도에 제작한 검사방법은 대안 검사 방법으로 상당히 높은 가능성을 보여주었으나, 아직 개인별 판별율이 높지 못하고 세부적인 조정이 필요하다고 판단하였다. 이에 따라 현 거짓말 탐지 분야에서 가장 널리 쓰이고 있는 GKT 검사 방법을 사용하여 가상현실 모의범죄의 효용성을 검증하려 하였다.
    측정된 뇌파의 P300 값을 통계분석한 결과, 실제 또는 가상현실 모의범죄 형태에 관계없이 유무죄 집단의 유의미한 차이가 나타났으며, 부트스트랩(Bootstrapping) 방법을 통해 개인별 유무죄 판별을 내린 결과 오직 무죄집단에서 실제/가상현실의 진단 차이가 1명으로 나타났다. 각 집단의 진단 정확도는 다음과 같다. (실제모의범죄 유죄 : 92.8%, 가상현실모의범죄 유죄 : 92.8%, 실제모의범죄 무죄 : 86%, 가상현실모의범죄 무죄 : 78.6%) 따라서 P300기반 GKT를 거짓말 검사 방법으로 사용할 때 가상현실 모의범죄가 실제 모의범죄를 대체할 수 있음을 보였다. 본 연구는 거짓말 탐지 연구 분야가 더 폭넓은 모의범죄를 사용할 수 있는 계기가 될 것으로 생각된다.
  • Index terms
  • 뇌파, 뇌전도, 자전적 암묵연합검사, 유죄지식검사, 암묵적 검사, 가상현실, 모의범죄
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